淺談剛架拱橋的病害分析與加固設(shè)計

陳 灝

(黑龍江省收費公路管理局)

1 前言

剛架拱橋是在雙曲拱橋、肋拱橋和斜腿剛構(gòu)橋的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國拱橋特點及無支架施工經(jīng)驗而發(fā)展起來的一種橋型，以其具有造型美觀、結(jié)構(gòu)輕巧、適用性強(qiáng)、造價低廉、施工方便等優(yōu)點，20世紀(jì)70～80年代在我國得到了較大的推廣應(yīng)用。經(jīng)過多年的使用實踐，剛架拱橋存在組合截面整體性差，橫向聯(lián)系薄弱，拱片中的實腹段、上弦桿、拱腿及橫系梁容易開裂，拱腿支座容易出現(xiàn)松動等缺點。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通量的迅猛增長，超重、超載車輛的不斷出現(xiàn)，許多剛架拱橋都出現(xiàn)了不同程度的病害，嚴(yán)重威脅著橋梁的安全使用。因此，如何合理評價這些舊橋的承載能力，并提出安全、經(jīng)濟(jì)實用的加固設(shè)計方案，是當(dāng)前道路改擴(kuò)建、舊橋改造中的一個重要課題。

2 舊橋概況與病害分析

2.1 主要病害情況

(1)混凝土施工質(zhì)量較差，混凝土表面不平整，蜂窩麻面較多，各部位混凝土的接頭質(zhì)量較差，個別斜撐尺寸不足。

(2)由于受到超載車輛的沖擊，橋面產(chǎn)生了破壞，橋臺處橋面鋪裝及微彎板破損嚴(yán)重形成了面積約為1.0×1.5m2的空洞，由該空洞處可見，橋面鋪裝混凝土中的未設(shè)置鋼筋網(wǎng);微彎板也存在大量縱向和橫向裂縫。

(3)剛架拱的實腹段、上弦桿裂縫較多，寬度0.1～0.35mm，其中約30% ～50%貫穿整個拱片，部分裂縫已經(jīng)延伸至微彎板并在橫橋向全橋連通。

(4)全部橫系梁及微彎板加勁肋開裂，貫穿性裂縫寬

0.1 ～0.5mm。

2.3 病害分析

(1)通過計算可見，原設(shè)計剛架拱橋在計算時假定“拱腳支座部分在恒載時按鉸接計算，活載時按固結(jié)計算”與實際情況有出入：拱腿伸入拱座內(nèi)的深度只有30cm，除了灌入高標(biāo)號水泥砂漿外無其他措施，而活載在跨中產(chǎn)生的彎矩占全部彎矩的80%以上。因此剛架拱橋的拱片中的實腹段、上弦桿、拱腿斷面尺寸偏小，安全儲備不足，容易出現(xiàn)裂縫，在超重車輛的作用下，情況更為嚴(yán)重。

(2)在施工中取消了橋面鋼筋網(wǎng)，削弱了橋梁的橫向聯(lián)接，微彎板產(chǎn)生的過大的水平推力使橫系梁全部破壞。而過大的水平位移同時又加劇了微彎板的跨中的彎矩急劇加大，是微彎板出現(xiàn)縱向裂縫的主要原因。同時由于取消了橋面鋼筋網(wǎng)，在車輛荷載的反復(fù)作用下，微彎板與拱肋連接松動而出現(xiàn)橫向裂縫。橫向聯(lián)結(jié)破壞后的單肋受力使拱肋的破壞進(jìn)一步加劇。

3 加固設(shè)計與施工要點

3.1 加固設(shè)計方案的確定

橋梁基礎(chǔ)穩(wěn)定，加固橋梁上部結(jié)構(gòu)，并對結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行處理，來達(dá)到滿足安全行車，是一可行的加固方案。增大剛架拱的實腹段、上弦桿的受力截面和配筋，提高其安全儲備。在修復(fù)原橫系梁的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加部分橫系梁加強(qiáng)橋梁橫向聯(lián)接;對破壞的微彎板全部更換，增設(shè)橋面鋪裝鋼筋網(wǎng)及增加橋面縱橫向配筋等措施來改善橋面系結(jié)構(gòu)以增加整橋結(jié)構(gòu)剛度。

通過驗算比選，對主拱肋加固擬采用鋼板粘貼補強(qiáng)法，即用高強(qiáng)粘結(jié)劑將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的受拉緣或薄弱部位，使之與結(jié)構(gòu)物形成整體，用以代替增設(shè)的補強(qiáng)鋼筋，提高結(jié)構(gòu)的承載能力。

3.2 加固設(shè)計要點

(1)主拱肋加固拆除舊橋面系后，在鋼架拱的實腹段、上弦桿上部鑿除部分混凝土，露出原來的鋼筋，并在上面焊接連接鋼筋，澆筑高標(biāo)號的細(xì)骨料混凝土加大截面尺寸，用環(huán)氧樹脂或微膨脹水泥漿修復(fù)裂縫后，再用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠系列粘帖鋼板，考慮鋼板與主肋共同受力。

(2)加強(qiáng)橫向聯(lián)系用環(huán)氧樹脂修復(fù)原橫系梁，在實腹段、上弦桿部分增加8道橫系梁，系梁與主肋固結(jié)。

(3)橋面加固更換損壞的微彎板，重新鋪筑橋面鋪裝，橋面鋪裝厚不小于15 cm，除配常規(guī)的構(gòu)造鋼筋外，另加設(shè)受力鋼筋，縱橋向布置起抗拉作用，橫橋向布置以提高微彎板的承載力。施工應(yīng)在拱肋、橫系梁加固結(jié)束后進(jìn)行。橋面橫坡同原設(shè)計，縱坡在滿足橋面板厚的前提下適當(dāng)調(diào)整兩側(cè)道路縱坡。設(shè)計考慮橋面板與微彎板及主肋形成組合截面共同受力，新澆橋面為40#防水混凝土。

3.3 施工要點

(1)拆除舊橋的橋面混凝土及微彎板的時候，應(yīng)采用小型施工機(jī)具，注意施工時應(yīng)從拱頂向兩側(cè)對稱拆除，不宜震動過大，保證拱肋結(jié)構(gòu)的安全。

(2)主肋鑿除混凝土?xí)r應(yīng)人工進(jìn)行，確保不損傷主肋和其他構(gòu)件，焊接鋼筋及加高混凝土施工時施工時應(yīng)保證拱肋結(jié)構(gòu)的安全。

(3)裂縫修補應(yīng)在加高拱肋的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的80%以上時進(jìn)行;裂縫封閉采用壁可法，對與小于0.1mm的裂縫，用環(huán)氧樹脂液灌注，大于0.1mm的裂縫可用微膨脹水泥漿修補。

(4)在裂縫修補后再粘貼主拱肋鋼板，粘貼鋼板采用JGN建筑結(jié)構(gòu)膠，有關(guān)粘貼鋼板工藝等應(yīng)試驗后確定。

(5)主拱肋加固結(jié)束后方可進(jìn)行橫系梁的加固和新增橫系梁的施工。

(6)待橫系梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的80%以上后，再進(jìn)行微彎板的安裝及橋面系的施工，橋面鋪裝混凝土澆筑應(yīng)在低溫下一次澆筑成型，澆筑順序應(yīng)由拱腳向拱頂對稱進(jìn)行，保證縱橫向均勻?qū)ΨQ加載。

［1］ 中交公路規(guī)劃設(shè)計院.公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范(JTG D61-2005)［M］.北京：人民交通出版社，2005.

［2］ 中交公路規(guī)劃設(shè)計院.公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土涵設(shè)計規(guī)范(JTG D62-2004)［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］ 蒙之盧波.橋梁加固與改造［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［4］ 交通部公路規(guī)劃設(shè)計院.公路舊橋承載能力鑒定方法(試行)［M］.北京：人民交通出版社，1988.